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Os pesquisadores sintetizam pilhas artificiais para detectar a histamina

Cozer um bolo é a partir do zero uma tarefa julgada difícil para muitos. Construindo um artificial pilha-como o sistema a partir do zero, bem aquela é uma outra história.

“Sintetizar pilhas é a partir do zero da importância fundamental para compreender o que a vida é,” disse o prof. Yohei Yokobayashi, líder do instituto de Okinawa da ciência e da química do ácido nucleico da universidade da tecnologia (OIST) e da unidade graduadas da engenharia.

Os cientistas em todo o mundo estão começando a criar as pilhas artificiais simples que conduzem algumas funções biológicas básicas e que contêm costas pequenas do ADN ou do RNA. Contudo, conseguir estas pequenas notícias do material genético expressar suas proteínas codificadas em resposta aos sinais precisos foi um desafio.

Agora, Yokobayashi e outros pesquisadores de OIST e de universidade de Osaka encontraram uma maneira de fazer pilhas artificiais interagir com uma vasta gama de produtos químicos. Desenvolveram um riboswitch - um interruptor do gene que detectasse os sinais químicos - que podem responder à histamina, um composto químico que seja produzido naturalmente no corpo. Na presença deste produto químico, o riboswitch gira sobre um gene dentro das pilhas artificiais. Tal sistema, poderia um dia ser usado como uma maneira nova de administrar a medicina, disse Yokobayashi, um autor correspondente em um estudo recente no jornal da sociedade de produto químico americano, que descreve a aproximação.

“Nós queremos as pilhas liberar as drogas baseadas em sua detecção de histamina,” Yokobayashi disse. “O objectivo último é ter pilhas em sua histamina do uso do intestino como um sinal liberar a quantidade apropriada de droga para tratar uma circunstância.”

Selecção do sinal

Os cientistas escolheram a histamina como o sinal químico para suas pilhas artificiais porque é um composto biológico importante no sistema imunitário. Se você sente um comichão, a histamina é o culpado provável. É liberada igualmente pelo corpo durante reacções alérgicas e as ajudas defendem contra os micróbios patogénicos estrangeiros spurring a inflamação.

Para detectar a histamina, criaram uma molécula chamada um aptamer do RNA. Os aptamers do RNA são segmentos pequenos dos blocos de apartamentos do RNA que podem ser projectados para actuar como agentes obrigatórios às moléculas específicas do alvo. Tomou Yokobayashi e seus colegas, Dr. anterior Mohammed Dwidar dos postdocs de OIST e Dr. Shungo Kobori e aluno de doutoramento Charles Whitaker de OIST, dois anos para criar um aptamer essa histamina visada.

Em seguida, a equipe desenvolveu um riboswitch assim chamado que transformasse esta detecção de sinal na acção - especificamente, traduzindo um gene para produzir uma proteína. Normalmente, as pilhas produzem proteínas quando os moldes feitos do ligamento do RNA de mensageiro (mRNA) às estruturas celulares chamaram os ribosomes. Aqui, os cientistas usaram o aptamer da histamina para projectar um riboswitch que alterasse a forma do mRNA em cima de histamina obrigatória. Na ausência da histamina, a forma do mRNA impede que o ribosome ligue, e nenhuma proteína é produzida. o Histamina-limite mRNA, contudo, permite que o ribosome ligue e sintetize proteínas.

“Nós demonstramos que os riboswitches podem ser usados para fazer pilhas artificiais responder aos compostos químicos e aos sinais desejados,” Yokobayashi dissemos.

O passo seguinte resultou de uma colaboração com o prof. superior Tomoaki Matsuura e aluno diplomado Yusuke Seike do autor do departamento da biotecnologia na universidade de Osaka. Matsuura e Seike puseram o riboswitch sem célula criado pela equipe de Yokobayashi nas vesículas do lipido para criar pilhas artificiais. A equipe de Osaka anexou o riboswitch a um gene que expressa uma proteína fluorescente, de modo que quando o riboswitch foi activado pela histamina, o sistema incandescesse. Então, controlaram uma outra proteína pelo riboswitch - um que faz os poros da nanômetro-escala na membrana de pilha. Quando o aptamer detectou a histamina, um composto fluorescente encapsulado nas vesículas foi liberado fora das pilhas através dos poros, modelando como o sistema liberaria uma droga.

Os cientistas igualmente criaram da “um interruptor matança”, que instruísse a pilha para se destruir - criar um controle para a tecnologia.

A tecnologia está nas fases iniciais de revelação. O passo seguinte é fazer as pilhas artificiais mais sensíveis a uma quantidade menor de histamina. O uso médico pode realizar-se no futuro distante, mas o potencial existe, os cientistas dizem.

Source:
Journal reference:

Dwidar, M. et al. (2019) Programmable Artificial Cells Using Histamine-Responsive Synthetic Riboswitch. Journal of the American Chemical Society. doi.org/10.1021/jacs.9b03300 .